ニッケルの物理的および化学的特性

物理的特性

ニッケルは可鍛性と靭性を持つ金属で、非常に薄いフォイルに圧延することができます。引張強さは40〜50 kgf/mm²、弾性限界は8 kgf/mm²、降伏点は12 kgf/mm²、伸び率は40%です。ヤング率は205 GPaで、ブリネル硬度は600〜800 MPaです。絶対零度から631Kまで磁性を維持します。この強磁性は、外殻電子配置の特性によるものです。このため、ニッケルの合金やその派生物（酸化物やハロゲン化合物）は、一般的には強磁性、まれにフェリ磁性構造を持っています。通常の条件では、結晶格子は面心立方構造のβ構造を持っています（a = 3.5236）。しかし、水素雰囲気中で陰極スパッタリングされると、密な六方最密充填構造に変化し（a = 2.65 Å, c = 4.32 Å）、200°C以上で立方構造に戻ります。立方構造のニッケルの密度は8.9 g/cm³で、融点は1453°C、沸点は3000°Cです。比熱（t° 20°C）は0.44 kJ/(kg-K)、線膨張係数は13.3×10^-6 (0−100°C)、熱伝導率は25°Cで90.1 W/(m·K) [0.215 cal/(cm·sec·°C)]です。

化学的特性

化学的活性において、この金属は貴金属と鉄の間に位置します。化合物中のニッケルは、通常2価です。粉末状の状態ではH₂やCOを積極的に吸収しますが、ガスを吸収すると機械的特性を失います。500°Cまで加熱すると酸素と反応します。微細な粉末は、空気中で自然発火する性質（発火性）を持ちます。酸化ニッケルNiOは、緑がかった結晶で水に溶けません（鉱物名はブンゼナイト）。硫黄蒸気中で燃焼すると、硫化ニッケルNi₃ S₂となります。モノ硫化ニッケルNiSは、酸化ニッケルを硫黄と共に加熱することで生成されます。1400°Cまで窒素とは反応しませんが、445°Cで粉末状ニッケルを窒素と共に加熱すると、ニトリドNi₃ Nが生成されます。赤熱したリン蒸気中ではリン化ニッケルNi₃ P₂が生成されます。ヒ素との化合物としては、Ni₅ As₂、Ni₃ As（鉱物名はモーハイライト）、NiAsがあります。NiAs結晶格子では、六方構造のヒ素の間にニッケル原子が配置されています。このような構造は多くの金属間化合物に共通しています。不安定な炭化ニッケルNi₃ Cは、CO雰囲気で300°Cで粉末状ニッケルを数百時間炭化（セメンテーション）すると生成されます。溶融ニッケルは容易に炭素を溶かし、冷却時にグラファイトとして析出します。グラファイトの損失により、可鍛性が低下します。

化学活性

ニッケルは、鉄よりも化学的に不活性で、酸や湿気に対して耐性があります。有機酸とは長時間の曝露後にのみ反応します。塩酸や硫酸では徐々に溶解し、希硝酸では容易に溶解しますが、濃硝酸はニッケルを不動態化します。ただし、これはFeの場合よりも程度が低いです。ニッケル酸塩は二価です。ほとんどのニッケル塩は水に溶けやすく、酸性反応を示しますが、炭酸塩とリン酸塩は溶けにくいです。硫酸ニッケルNiSO₄は、ニッケルビトリオールNiSO₄ x7H₂Oとしてエメラルドグリーンの結晶を形成します。800°Cまで焼成すると、ほとんどのニッケル塩は分解します。この金属は強いアルカリに耐性がありますが、(NH₄)₂ CO₃存在下でアンモニア水溶液には溶け、濃い青色の溶液を生成します。選択的にアンモニア錯体を形成するこの特性は、鉱石からのニッケルの湿式製錬において利用されます。

化学的特性は温度に依存して変化します。加熱すると、ニッケルはSO₂、NH₃、および酸化窒素と反応し、微粉末形状ではCOと反応してニッケルカルボニルNi(CO₄)を形成します。カルボニルの熱分解によって、最高純度のニッケルが得られます。

供給者

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